Design of functionalized magnetic nanoadsorbents for the removal of arsenic from polluted groundwater

RESUMEN: Para muchos países en vías de desarrollo, el agua subterránea es la principal fuente de consumo de agua en zonas rurales y urbanas. La presencia de arsénico en las aguas subterráneas es un problema ambiental debido a su alta toxicidad, incluso a bajas concentraciones; por esta razón la Organización Mundial de la Salud recomienda para el agua potable, un valor límite de concentración de 10 µg As L-1. Por ello la eliminación de arsénico ha sido investigada utilizando diferentes tecnologías, siendo la adsorción una de las mejores alternativas, debido a su simplicidad y bajo costo. En particular, la utilización de nanomateriales magnéticos en procesos de adsorción se presenta como una alternativa de interés. El objetivo de este trabajo es el desarrollo de una metodología para el análisis de un proceso basado en la aplicación de la tecnología de adsorción selectiva mediante nanomateriales magnéticos funcionalizados, que permita la separación de un compuesto de interés de una mezcla multicomponente. Como caso de estudio se seleccionó el tratamiento de aguas subterráneas contaminadas con arsénico con el objetivo de reducir la concentración del contaminante hasta los niveles de concentración recomendados para el consumo humano. Asimismo, se evaluó la influencia en el proceso de adsorción/desorción de otras especies competitivas habitualmente presentes en las aguas subterráneas por las propias características del acuífero y por su localización.ABSTRACT: For many developing countries, groundwater is the main source of drinking water in rural and urban areas. The presence of arsenic in groundwater is an environmental problem due to its high toxicity, even at low concentrations. For this reason, the World Health Organization recommends a value of arsenic concentration in drinking water lower than 10 g L-1. Therefore, the removal of arsenic has been investigated using different technologies, being adsorption one of the best alternatives, because of its simplicity and low cost. In particular, the use of magnetic nanomaterials in adsorption processes seems to be a promising alternative due to the excellent properties of materials in the nanoscale as compare to their performance at the mesoscale. This work aims at the development of the methodology for analyzing the performance of an adsorption process based on the use of functionalized magnetic nanomaterials as adsorbents, to carry out the selective separation of a target compound from a multicomponent mixture. In particular, the removal of arsenic from polluted groundwater has been selected as case study with the specific objective of evaluating the efficiency of the technology to reduce the arsenic concentration below the limits imposed for drinking water either under ideal conditions or in the presence of different competitive species usually dissolved in groundwater by the specific characteristics of the water bearing.The research described in this thesis was carried out at the Advanced Separation Processes Research Group in the Department of Chemical and Biomolecular Engineering at the University of Cantabria. The research is financially supported by the Spanish Ministry of Economy and Competitiveness (MINECO) through the projects CTQ2008-00690 and CTQ2012-31639 and in the framework of the New Indigo ERA-NET NPP2 Project: "Green Technologies for Sustainable Water Purification and Reuse" (GREENTECH) has conducted an internship period of three months in the Environmental and Chemical Engineering Research Group, under the supervision of Prof . Dr. Riitta Keiski